航母編隊航渡階段中程防空哨艦前出距離模型

于 括，譚樂祖

（1.解放軍92941部隊45分隊，遼寧 葫蘆島 125000；2.海軍航空大學(xué)，山東 煙臺 264001）

0 引言

對空防御是航母編隊航渡階段主要防御作戰(zhàn)任務(wù)之一。中程防空哨艦是裝備有中遠(yuǎn)程防空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，為航母編隊提供中程對空警戒與防空反導(dǎo)防御作戰(zhàn)的水面艦艇，具有對空探測距離遠(yuǎn)、防空作戰(zhàn)能力強的特點[1]。根據(jù)航母編隊中對空防御作戰(zhàn)平臺的數(shù)量、性質(zhì)和特點，當(dāng)航母編隊在中低度威脅海域航渡時，通常在威脅方向上配置一定數(shù)量的中程防空哨艦，為航母編隊提供空情預(yù)警，預(yù)警探測與監(jiān)視、攔截來襲目標(biāo)，保證編隊威脅方向的對空安全。

防空哨艦擔(dān)任航渡階段威脅方向上[2]的預(yù)警探測與攔截任務(wù)時，遂行任務(wù)時間長，連續(xù)性好，作戰(zhàn)資源效費比高，且便于長時間保持編隊隊形，與空中警戒平臺相比，具有某些效能指標(biāo)上的明顯優(yōu)勢，因而是長時間航渡階段對空警戒的重要兵力。

中程哨艦在航渡階段的預(yù)警探測與攔截作戰(zhàn)效能受諸多因素影響。綜合考慮各種影響因素，確定中程哨艦的最優(yōu)配置陣位，是保證哨艦發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能的重要環(huán)節(jié)。

1 中程防空哨艦配置陣位影響因素

1）我艦載設(shè)備戰(zhàn)技性能。艦載設(shè)備與武器系統(tǒng)的戰(zhàn)技性能是影響防空哨艦配置陣位的重要因素。相同客觀條件下，對各種飛行高度、各種屬性目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、識別與跟蹤距離，主要取決于艦載預(yù)警探測設(shè)備的戰(zhàn)技性能，其中尤以飛行高度與RCS對發(fā)現(xiàn)、識別與跟蹤距離的影響最大。

2）起飛平臺或反艦導(dǎo)彈發(fā)射平臺初始距離。起飛平臺指敵陸基機場或艦載機起飛平臺。反艦導(dǎo)彈發(fā)射平臺初始距離則指敵反艦導(dǎo)彈發(fā)射平臺的初始位置與我航母編隊的直線距離。在飛機作戰(zhàn)半徑或反艦導(dǎo)彈航程（進行航路規(guī)劃或彈道機動）、射程（不進行航路規(guī)劃或彈道機動）一定的條件下，起飛平臺或發(fā)射平臺的初始距離越近，則橫向上（垂直于敵我連線的方向）敵對我可攻范圍越大，中程哨艦的橫向警戒范圍越大，在保證警戒扇面覆蓋程度的條件下，其前出距離越小。在敵機作戰(zhàn)半徑或反艦導(dǎo)彈航程、射程一定的條件下，敵起飛平臺或反艦導(dǎo)彈發(fā)射平臺的初始距離越遠(yuǎn)，則敵橫向上可攻擊范圍越小，相應(yīng)地，中程防空哨艦的前出距離可相應(yīng)增大。

3）機載反艦導(dǎo)彈射程。反艦導(dǎo)彈或其他中遠(yuǎn)程精確制導(dǎo)武器是攻擊水面艦艇的主要手段。對掛載反艦導(dǎo)彈的敵飛機類目標(biāo)，通常應(yīng)在其發(fā)射反艦導(dǎo)彈之前進行攔截。顯然，殺傷區(qū)[4]的遠(yuǎn)近與其掛載的反艦導(dǎo)彈的射程有關(guān)。隨著機載反艦導(dǎo)彈射程的增加，對飛機的攔截距離越來越遠(yuǎn)，因而，迫使中程防空哨艦的配置陣位越來越前置。

4）艦載機狀態(tài)與戰(zhàn)備等[5]。艦載機狀態(tài)是指我艦載機處于空中待戰(zhàn)還是甲板待戰(zhàn)的狀態(tài)。中程哨艦發(fā)現(xiàn)敵機或載有反艦導(dǎo)彈的水面艦只時，通常應(yīng)召喚艦載機進行攔截或攻擊。通常情況下，空中待戰(zhàn)的艦載機反應(yīng)時間短，距離威脅目標(biāo)較近，可很快飛赴任務(wù)空域遂行攔截或攻擊任務(wù)。處于不同戰(zhàn)備等級的甲板待戰(zhàn)艦載機，其飛赴任務(wù)空域的時間不同。所以，艦載機狀態(tài)與戰(zhàn)備等級決定了中程防空哨艦發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的最近距離。

5）目標(biāo)飛行高度。無論是水面警戒艦艇還是空中預(yù)警平臺，對目標(biāo)的發(fā)現(xiàn)距離都將隨著目標(biāo)飛行高度的減小而降低。相同探測設(shè)備條件下，水面警戒艦艇對低空超低空或掠海飛機目標(biāo)的探測距離，主要受視距影響。如艦載對空雷達(dá)對飛行高度分別為10 m、100 m、1 000 m和3 000 m目標(biāo)的視距分別為 18 km、43 km、130 km、226 km 左右。

2 中程防空哨艦最小前出距離模型

航母航渡階段，中程防空哨艦通常配置于空中威脅主軸上[6-7]，通過對影響陣位配置因素的優(yōu)化計算，確定前出距離。如圖1所示，O為航母編隊基準(zhǔn)點，以O(shè)為圓心、以敵空艦導(dǎo)彈射程為半徑的虛線圓為保證艦載機起飛攔截而確定的最小攔截距離OA，用Djj表示。Os為防空哨艦配置陣位，以O(shè)s為圓心、以r=OsC為半徑的圓為防空哨艦對空預(yù)警探測范圍，用Dst表示。Od為敵空中突擊兵力起飛平臺，R為敵機最大作戰(zhàn)半徑，敵空艦導(dǎo)彈的射程Dkj=OA，以Dkj為半徑的圓對我航母編隊稱之為艦載機最近攔截線，用Djj表示。防空哨艦前出距離Dsq=OOs，探測距離Dst=OC，為保證防空哨艦引導(dǎo)艦載機在敵機發(fā)射空艦導(dǎo)彈之前至少完成一次攻擊，預(yù)警距離Dyj=Dsq+Dst存在最小值，則最小值為航母編隊的最小預(yù)警距離，記為Dyj。

圖1 中程防空哨艦協(xié)同防空作戰(zhàn)示意圖

2.1 最小預(yù)警距離模型

設(shè)敵航空兵沿威脅主軸突擊，據(jù)圖1，上述幾何關(guān)系可以表示為：

其中，Dwh為我艦載航空兵前出距離；Dkk為我空空彈飛行距離；t0為航母編隊防空系統(tǒng)從跟蹤識別目標(biāo)、將目標(biāo)傳送航母編隊指揮部，到指揮部下定決心，我航空兵起飛的總時間；t1為我航空兵接敵時間；t2為空空導(dǎo)彈飛行時間；Dd1、Dd2、Dd3分別為敵機在 t0、t1和t2時間內(nèi)的飛行距離；Vwh、Vdh和Vkk分別表示我、敵航空兵和我空空導(dǎo)彈飛行速度。

此時中程防空哨艦必須滿足的最小預(yù)警距離為：

2.2 敵按預(yù)定航向來襲時最小前出距離模型

出航方位角是指敵方航空兵出航航向與威脅主軸的夾角即α角，如圖2。設(shè)敵航空兵在最大出航角范圍內(nèi)按任意預(yù)定航向角來襲，中途不改變預(yù)定航向。

圖2 抗擊不同決策的航空兵力示意圖

由定義，當(dāng)OdC=R時，出航方位角取得最大值：

ΔOdCO中由余弦定理，得防空哨艦最小前出距離：

同理：

最小前出距離目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

2.3 敵按預(yù)定航向出航且根據(jù)告警信息改變航線時最小前出距離模型

設(shè)敵機載告警設(shè)備感應(yīng)到我艦載雷達(dá)探測信號且發(fā)出告警信息時，當(dāng)敵進入我中程防空哨艦探測區(qū)偵測到雷達(dá)探測信號，采取沿最短路徑突擊策略時，易證AB為敵航空兵到發(fā)射陣位最短飛行距離，點B為OB的連線與截?fù)艟€的交點且滿足如下關(guān)系式：

最小前出距離目標(biāo)函數(shù)：

約束條件：

3 仿真分析

設(shè)仿真參數(shù)如表1所示。

表1 仿真基本參數(shù)參考值

仿真結(jié)果：

結(jié)論1當(dāng)敵航空兵沿威脅主軸發(fā)動突襲的情況下，航母編隊的最小預(yù)警距離必須滿足：

此時防空哨艦沿威脅主軸最小前出距離：

結(jié)論2敵按預(yù)定航向來襲時，我防空哨艦最小前出距離與敵出航角關(guān)系如下頁圖3中虛線所示。隨著敵出航角增大，敵航空兵從被我防空哨艦探測到發(fā)射導(dǎo)彈的航程逐漸增大，我防空哨艦隨之減小前出距離，仍能保證引導(dǎo)我航空兵在敵發(fā)射空艦導(dǎo)彈前對其進行至少攔截一次。

圖3 防空哨艦前出距離仿真結(jié)果

結(jié)論3敵按預(yù)定航向出航且根據(jù)告警信息改變航線時，我防空哨艦最小前出距離隨敵出航角變化如圖3中實線曲線所示。敵出航角增大，我防空哨艦有效的預(yù)警距離減小，為保證有效預(yù)警距離，我防空哨艦前出距離增大。

綜上所述，在不確定敵方航向角和預(yù)定航線的前提下，為保證我航空兵總能在敵進入發(fā)射陣位前進行至少一次攔截，防空哨艦的最小前出距離要取仿真結(jié)果的最大值。

4 結(jié)論

通過建模和仿真結(jié)果，為保證艦載航空兵在規(guī)定范圍內(nèi)至少對來襲航空兵進行一次攔截，中程防空哨艦必須在最小預(yù)警距離外發(fā)現(xiàn)敵方航空兵，繼而推算防空哨艦的最小前出距離。航母編隊最小前出距離的計算直接關(guān)系到航母編隊的防空安全，所以在仿真計算中對敵我兵力仿真參數(shù)的設(shè)定要極為嚴(yán)苛。本文的研究也為進一步分析航母編隊航渡階段防空作戰(zhàn)的陣位配置問題打下了理論基礎(chǔ)。